功率放大器原理及电路图PPT012

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1、第第6 6章章 高频调谐功率放大器高频调谐功率放大器6.1 概述：概述： 6.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 6.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析 6.4 高频功放的高频特性高频功放的高频特性 6.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成 6.6 宽带功率放大器与功率合成电路宽带功率放大器与功率合成电路6. 1 概述：概述：ECICEO uCE iCOQQ截止区截止区饱和区饱和区6.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 +ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效电路等效电路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-

2、(a) 原理电路原理电路+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic常数常数= =D DD D= =ceuBEccuig2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUBZubicUbmgC有有 ( () )BZbmBBccUtUUgi- -+ +- -= =w wcos +uBE _( () )BZbmBBccUtUUgi- -+ +- -= =w wcos又又Q当当0t= =w w时，时，( () )cbmccUgIq qcos1max- -= = ictccic1ic2ic3IcoIcmax3. 高频功放的功率关系高频功放的功率关系 co13g11.02.02VT1VT2T1LC

3、RLECCC4 D类和类和E类功率放大器简介类功率放大器简介 1. D类功率放大器的原理分析类功率放大器的原理分析 D类功率放大器有类功率放大器有电压开关型电压开关型和和电流开关型电流开关型两种基本电路，电压开关型两种基本电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路类功率放大器是已推广应用的电路 uiub1ub2ic1ic2uLuA ub1和和ub2是由是由ui通过变压器通过变压器T1产生的两个产生的两个极性相反的输入激励电压极性相反的输入激励电压 ui正半周时正半周时VT1管饱和导通，管饱和导通，VT2管截管截止，电源止，电源EC对电容对电容C充电，电容上的电压很充电，电容上的电压很快充

4、至（快充至（EC- -UCES1）值，）值，A点对地的电压点对地的电压uA=（EC- -UCES1） 。 ui负半周时负半周时VT2管饱和导通，管饱和导通，VT1管截止。管截止。VT2管的直流电源由电容管的直流电源由电容C上充上充的电荷供给，的电荷供给，uA= UCES20 uA近似为矩形波电压，幅值为（近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若）。若L、C和和RL串联谐振回路调谐串联谐振回路调谐在输入信号的角频率在输入信号的角频率上，且回路的上，且回路的Q值足够高，则通过回路的电流值足够高，则通过回路的电流ic1或或ic2是角频是角频率为率为的余弦波，的余弦波，RL上可得相对输入信号不

5、失真的输出功率。上可得相对输入信号不失真的输出功率。ECUCESEC-2-2UCESuAtic1tic2tuLt 尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很小，这样，每管的管尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很小，这样，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高耗就很小，放大器的效率也就很高 丙类倍频器丙类倍频器 丙类倍频器丙类倍频器 丙类倍频器丙类倍频器iC+uce- Ec +-uc2+iciC1iC2ic频谱频谱0ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC26.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析o0.5ff0.2fTfT

6、uBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB+uc1-icRp+uCE-+uBE _1 1 高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性 uceicUoABOECQUcmucmingdubemax2 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性 uceicUogduBEic-UBBUBZubicgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcesgdubemaxuceminubemaxgcricuce2 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性PoRp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoPDPcubemaxUc

7、13 高频功率放大器的调制特性高频功率放大器的调制特性 uceicubemaxQECQECQECic3 高频功率放大器的调制特性高频功率放大器的调制特性 uceicubemaxQECQECQECicEC欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区EC欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoPDPOPC 进入过压状态后，随着进入过压状态后，随着UBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使宽度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使Ico、Icml和相应的和相应的Ucm增大得十分缓慢增大得十分缓慢 UcmIcoIcml临界临界UBB

8、过压过压欠压欠压O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区 当当Ubm固定，固定，UBB自负值向正值方向增自负值向正值方向增大时，集电极脉冲电流大时，集电极脉冲电流ic的导通角的导通角c增大，增大，从从而集电极脉冲电流而集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大，的幅度和宽度均增大，状状态态由欠由欠压压区区进进入入过压过压区。区。 4 高频功率放大器的放大特性高频功率放大器的放大特性uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区UcmIcml

9、IcoUbm过压过压临界临界欠压欠压OO ticOticUbm增大增大OtictOic 固定固定UBB、增大、增大Ubm和固定和固定Ubm、增大、增大UBB的情况类似，的情况类似，它们都使基极它们都使基极输入电压输入电压uBEmax随之增大，随之增大，对对应应的的集电极脉冲电流集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大，的幅度和宽度均增大，放大器的工作状态由欠压进入过压放大器的工作状态由欠压进入过压 。 当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅Ucm反反映输入信号振幅映输入信号振幅Ubm的变化，的变化，放大器必须在放大器必须在Ubm

10、变化范围内工作在欠压状态。变化范围内工作在欠压状态。 当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，放大器必须在放大器必须在Ubm变化的范围变化的范围内工作在过压状态。内工作在过压状态。5 高频功率放大器的调谐特性高频功率放大器的调谐特性 实际回路在调谐过程中，其负载是一阻抗实际回路在调谐过程中，其负载是一阻抗Zp，当改变回路的元件数值，如改，当改变回路的元件数值，如改变回路的电容变回路的电容C时，时，功放的外部电流功放的外部电流Ico、Icml和相应的和相应的Ucm等随等随C的变化特性称为调的变化特性称为调谐特性。谐特性。 设谐振时功放工作在弱过压状态，当回路失谐设谐振

11、时功放工作在弱过压状态，当回路失谐后，由于阻抗后，由于阻抗Zp的模值减小，根据负载特性可知，的模值减小，根据负载特性可知，功放的工作状态将向临界及欠压状态变化，此时功放的工作状态将向临界及欠压状态变化，此时Ico和和Icml要增大，而要增大，而Ucm将下降将下降 。 应该指出，回路失谐时直流输入功率应该指出，回路失谐时直流输入功率PD=IcoEC随随Ico的增加而增加，而输出功率的增加而增加，而输出功率Po=UcmIcmlcos将主要因将主要因cos因子而下降因子而下降，因，因此失谐后集电极功耗此失谐后集电极功耗PC将迅速增加。这表明将迅速增加。这表明高频高频功放必须经常保持在谐振状态功放必须

12、经常保持在谐振状态。 UcmIcmlIco6.4 高频功放的高频效应高频功放的高频效应 ubet-UBBUBZ6.4高频功放的高频特性高频功放的高频特性ucef1f2f2f16.4 高频功率放大器的实用电路高频功率放大器的实用电路 要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置；直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置；交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。6.5高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成IcoECIc1CLIcnLCCC

13、CC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT6.5高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成以上两个电路匀满足：以上两个电路匀满足： tUEucCcew wcos1- -= = ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC频谱频谱LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基极馈电线路基极馈电线

14、路IBOUBBIBOIeo +UBB -二 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路RiRoRLRS功功 率率放大器放大器输入输入匹配匹配网络网络输出输出匹配匹配网络网络RLRSuS (1) 使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大载的功率最大，即它起着匹配网络的作用。，即它起着匹配网络的作用。 (2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。有良好的滤波作用。 (3) 在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都在有几个电子器件同时输出功率的情

15、况下，保证它们都能有效地传送能有效地传送功率到公共负载功率到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响彼此隔离，互不影响。 输入匹配网络或级间耦合网络输入匹配网络或级间耦合网络: :是用以与下级放大器的输入端相连接是用以与下级放大器的输入端相连接输出匹配网络输出匹配网络: :是用以输出功率至天线或其他负载是用以输出功率至天线或其他负载L1C1C2L2CARAr1IAMrr1C1L1C1RpL1IK二 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路 介于放大器与天线回路之间的介于放大器与天线回路之间的L1C1回路就叫做中介并联谐振回路回路就叫做中介并联谐振回

16、路。RA、CA分别分别代表天线的幅射电阻与等效电容；代表天线的幅射电阻与等效电容； L2、C2为天线回路的调谐元件。为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路它们的作用是使天线回路处于串联谐振状态，处于串联谐振状态，以使天线回路的电流以使天线回路的电流IA达到最大值，达到最大值，亦即使天线幅射功率达到最大。亦即使天线幅射功率达到最大。 从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路, ,其中其中Rp为折合到为折合到晶体管晶体管输出回路的等效负载输出回路的等效负载 。 1. 输出匹配电路输出匹配电路 (1) 并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配

17、电路 RpRp 当当天天线线回回路路调调谐谐在在串串联联谐谐振振状状态态时时，它它反映到反映到L1C1中介回路的等效电阻为中介回路的等效电阻为 设初级回路的接入系数为设初级回路的接入系数为 p，则晶，则晶体管输出回路的等效负载为：体管输出回路的等效负载为： rr1C1L1C1RpL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRp(1) 并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配电路L1C1中介回路的等效谐振阻抗为中介回路的等效谐振阻抗为 QL为有载品质因素为有载品质因素 ， 改变互感系数改变互感系数M和接入系数和接入系数 p就可以在不影响回路调谐的情况下。调就可以在不影响回路调谐的情况下。调

18、整晶体管的输出回路的等效负载电阻整晶体管的输出回路的等效负载电阻Rp，以达到阻抗匹配的目的。，以达到阻抗匹配的目的。 由由于于高高频频功功率率放放大大器器工工作作在在非非线线性性(丙丙类类)工工作作时时，放放大大器器的的内内阻阻变变动动剧剧烈烈：导导通通时时，内内阻阻很很小小；截截止止时时内内阻阻近近于于无无穷穷大大。因因此此输输出出电电阻阻不不是是常常数数。所所谓谓线线性性电电路路的的阻阻抗抗匹匹配配(负负载载阻阻抗抗与与电电源源内内阻阻相相等等)概概念念也也就就失失去去了了意意义。义。 k k ：中介回路的传输效率。中介回路的传输效率。L1C1C2L2CARAr1IAMRp(1) 并联谐振

19、回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配电路如果设如果设 ： rr1C1L1C1RpL1IKRp 要想回路的传输效率高，则要想回路的传输效率高，则空载空载Qo越大越越大越好，有载好，有载QL越小越好，越小越好，也就是说，也就是说，中介回路中介回路本身的损耗越小越好本身的损耗越小越好 但从要求但从要求回路滤波作用良好来考虑，则回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该足够大。值又应该足够大。从兼顾这两方面出发，从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于值一般不应小于10。在功率很大的放大器。在功率很大的放大器中，中，QL也有低到也有低到10以下的。以下的。 在大功率输出级，在大功率输出级，T型、型、型等滤波

20、型的匹配网络就得到了广泛的应用。型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。 图中的图中的R2一般代表终端一般代表终端(负载负载)电阻，电阻，R1则代表由则代表由R2折合到左端的等效折合到左端的等效电阻电阻，现以，现以 (a)为例进行计算公式的推导为例进行计算公式的推导 (2) (2) 滤波器型的匹配网络滤波器型的匹配网络 两种两种型匹配网络型匹配网络(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2 将将并并联联回回路路R1C1与与R2C2变变换换为为串串联联形形式式，由由串、并联阻抗转换公式可得串、并联阻抗转换公式可得L1C1R1C2R2网络匹配时，网络匹配时，R1= R2 由谐振条件得由谐

21、振条件得 :例例 有有一一个个输输出出功功率率为为2W的的高高频频功功率率放放大大器器、负负载载电电阻阻RL=50，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，试求，试求型匹配网络的元件值。型匹配网络的元件值。 解解 :(2) (2) 滤波器型的匹配网络滤波器型的匹配网络 L1R1C1R2= RLC2 R1应应该该是是功功率率放放大大器器所所要要求求的的匹匹配配电电阻阻 Rp ,即即L1C1R1C2R2网络匹配时，网络匹配时，R1= R2 改写为：改写为： 解之得：解之得： 由谐振条件得由谐振条件得 :注意，考虑到晶体管的输出电容注意，考虑到晶体管的输出电容Co后，后，C1应减去应减去Co之值，

22、才是所需外加的调谐电容值。一般，之值，才是所需外加的调谐电容值。一般，当当L1确确定之后，用定之后，用C2主要调匹配，用主要调匹配，用C1主要调谐振。主要调谐振。 实际还有其它各种形式的匹配网络。分析方法实际还有其它各种形式的匹配网络。分析方法都很类似，都很类似，即从匹配与谐振两个条件出发，再加上即从匹配与谐振两个条件出发，再加上一个假设条件一个假设条件(通常都是假定通常都是假定Q1值值)，即可求出电路，即可求出电路元件的数值。元件的数值。 1 宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器 以以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带B/ f

23、o只只有百分之几甚至千分之几，所以又称为有百分之几甚至千分之几，所以又称为窄带高频功率放大器。由于调谐窄带高频功率放大器。由于调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制 。 6.66.6宽带高频功率放大器与功率合成宽带高频功率放大器与功率合成 近近年年来来一一种种新新颖颖的的，能能够够在在很很宽宽的的波波段段内内实实现现不不调调谐谐工工作作的的宽宽频频带带功率放大器功率放大器得到了迅速的推广。得到了迅速的推广。 宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路的功率放大

24、器。它是以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电的功率放大器。它是以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电容或电感线圈作为其输出电路容或电感线圈作为其输出电路 。 宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的甲的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的甲类或甲乙类状态，效率较低，也就是说类或甲乙类状态，效率较低，也就是说宽频带放大器是以牺牲效率作宽频带放大器是以牺牲效率作为代价来换取宽频带输出的为代价来换取宽频带输出的 。 1. 普通变压器不能在

25、较宽频内工作的原因普通变压器不能在较宽频内工作的原因 图图 (b)中中L、Ls1、r1是变压器初级绕组的电感、漏感和损耗电阻；是变压器初级绕组的电感、漏感和损耗电阻；Ls2、r2 是折合到初级后，次级绕组的漏感和损耗电阻；是折合到初级后，次级绕组的漏感和损耗电阻；C是变压器各分布电容是变压器各分布电容折合到初级后的总和；折合到初级后的总和；RL是折合到初级后的等效负载电阻是折合到初级后的等效负载电阻。 在高频端由于初级绕组电感的感抗很强，因此在高频端等效电路中在高频端由于初级绕组电感的感抗很强，因此在高频端等效电路中可以认为电感可以认为电感L L是开路，如图是开路，如图(c)(c)。在低频端，

26、由于频率较低，各漏感和。在低频端，由于频率较低，各漏感和损耗电阻很小，也可略去不计，可以认为电容损耗电阻很小，也可略去不计，可以认为电容C开路，如图开路，如图 (d)；(a)原理电路原理电路(b)等效电路等效电路(c)高频端等效电路高频端等效电路(d)低频端等效电路低频端等效电路(e) 频率响应曲线频率响应曲线usRsRLuoRsRsRsusususr1Ls1LLs2r2CRLrLsLCRLRLfsfuo一般变压器的等效电路一般变压器的等效电路 可见工作频率越低，电感可见工作频率越低，电感L的旁路作用就越大，于是输出电压将随着工的旁路作用就越大，于是输出电压将随着工作频率的降低而下将。在高频端

27、作频率的降低而下将。在高频端负载负载RL接在接在Ls和和C组成的串联谐振回路容组成的串联谐振回路容抗元件的两端抗元件的两端，在串联谐振频率，在串联谐振频率fs的附近，负载两端的电压急剧增加，并在的附近，负载两端的电压急剧增加，并在fs上达到最大值。但是，偏离谐振频率上达到最大值。但是，偏离谐振频率fs，电压将急剧减小，电压将急剧减小 2. 宽频带传输线变压器的工作原理宽频带传输线变压器的工作原理 传输线变压器是将传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起，并绕在两根等长的导线紧靠在一起，并绕在高导磁率低损高导磁率低损耗的磁芯上构成的。耗的磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。最

28、高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。 传传输输线线变变压压器器与与普普通通变变压压器器在在传传输输能能量量的的方方式式上上是是不不相相同同的的，传传输输线线变变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。 两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高两根等长导线同时绕在高磁芯上，所以导线上均磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参匀分布的电感量也很大，这种

29、电路通常又叫分布参数电路。数电路。 usususRLRLRLRsRsRs(a) 结构示意图结构示意图(c) 普通变压器的原理电路普通变压器的原理电路(b) 原理电路图原理电路图u1u2u1u2u1u2 在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。 (1) 1：1传输线变压器传输线变压器 3. 常用传输线变压器分析常用传输线变压器分析 1：1传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可以认为传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可

30、以认为u1=u2和和i1=i2。usRLRsu1u2i1i2如果传输线的特性阻抗：如果传输线的特性阻抗： 传输线输出端的等效阻抗为：传输线输出端的等效阻抗为：输入端（输入端（1、3端）的等效阻抗为端）的等效阻抗为 ：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求： 为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求：为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求： 1：1传输线变压器，最佳匹配状态应该满足传输线变压器，最佳匹配状态应该满足 ：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为： 1：1传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放

31、大电路传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电路中中RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1：1传输线变压器很少传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡-平衡以及平衡以及平衡平衡-不平衡转换。不平衡转换。 usRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+ i2(2) 1：4和和4：1传输线变压器传输线变压器3. 常用传输线变压器分析常用传输线变压器分析 1：4传输线变压器是把负载阻抗降为传输线变压器是把负载阻抗降为1/

32、4倍以便和信号源相匹配。在负倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有载匹配的条件下，有 u1=u2=u和，和，i1=i2=i 由由于于变变压压器器的的1端端与与4端端相相连连，输输入入端端1端端与与3端端的的电电压压为为u，负负载载RL上上的的电电压压为为u1+u2=2u，输输入入端端1的的电电流流为为i1+i2=2i，且，且u1u1u2u2i22ui1i1+ i2+2u-i传输线变压器的输入阻抗为传输线变压器的输入阻抗为 ：传输线变压器把负载传输线变压器把负载RL变换为变换为RL/4，实现了，实现了1：4的阻抗变换。的阻抗变换。 如果把输入端和输出端对调就成为如果把输入端和输出端对调就成

33、为4：1传输线变压器。传输线变压器。4 4：1 1传输线变传输线变压器把负载阻抗升高压器把负载阻抗升高4 4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有具有4 4：1 1的阻抗变换作用。的阻抗变换作用。 i 3.3.2功率合成功率合成 利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大, 然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。 利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。 理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能, 还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离

34、, 即当其中某一个功率放大器损坏时, 相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。 图3.3.4给出了一个功率合成器原理方框图。 由图可见, 采用7个功率增益为2, 最大输出功率为10 W的高频功放, 利用功率合成技术, 可以获得40W的功率输出。 其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器。 功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份, 然后分别提供给后级若干个功放电路。 利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器, 且具有频带宽、 结构简单、插入损耗小等优点, 然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。 4 集成高频

35、功率放大电路及应用简集成高频功率放大电路及应用简 在VHF和UHF频段, 已经出现了一些集成高频功率放大器件。这些功放器件体积小, 可靠性高, 外接元件少, 输出功率一般在几瓦至十几瓦之间。日本三菱公司的M57704系列、美国Motorola公司的MHW系列便是其中的代表产品。 表3.4.1列出了Motorola公司集成高频功率放大器MHW系列中部分型号的电特性参数。图3.4.1给出了其中一种型号的外形图。 MHW系列中有些型号是专为便携式射频应用而设计的, 可用于移动通信系统中的功率放大, 也可用于工商业便携式射频仪器。使用前, 需调整控制电压, 使输出功率达到规定值。在使用时, 需在外电路

36、中加入功率自动控制电路, 使输出功率保持恒定, 同时也可保证集成电路安全工作, 避免损坏。 控制电压与效率、 工作频率也有一定的关系。 三菱公司的M57704系列高频功放是一种厚膜混合集成电路, 同样也包括多个型号, 频率范围为335 MHz512 MHz(其中M57704H为450 MHz470 MHz), 可用于频率调制移动通信系统。它的电特性参数为：当VCC=12.5V, Pin=0.2 W, Zo=ZL=50时, 输出功率Po=13 W, 功率增益Gp=18.1dB, 效率35%40%。 图3.4.2是M57704系列功放的等效电路图。由图可见, 它包括三级放大电路, 匹配网络由微带线

37、和LC元件混合组成。 图3.4.3是TW-42超短波电台中发信机高频功放部分电路图。 此电路采用了日本三菱公司的高频集成功放电路M57704H。 TW-42电台是采用频率调制, 工作频率为4577MHz458 MHz, 发射功率为5W。由图3.4.3可见, 输入等幅调频信号经M57704H功率放大后, 一路经微带线匹配滤波后, 再经过V115送多节LC的型网络, 然后由天线发射出去；另一路经V113、 V114检波, V104、V105直流放大后, 送给V103调整管, 然后作为控制电压从M57704H的第脚输入, 调节第一级功放的集电极电源, 可以稳定整个集成功放的输出功率。第二三级功放的集

38、电极电源是固定的138 V。 小结小结 1. 高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。相比之下, 丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大, 但效率高, 节约能源, 所以是高频功放中经常选用的一种电路形式。 2. 丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小, 也就是晶体管导通时间短, 集电极功耗减小。但导通角越小, 将导致输出功率越小。 所以选择合适的角, 是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑。 3. 折线分析法是工程上常用的一种近似方法。 利用折线分析法可以对丙类谐振功放进行性能分析, 得出它的负载特性、 放大特性和调制特性。若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频

39、信号)时, 应该工作在临界状态； 若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频信号)时, 应该工作在临界状态； 若用来放大非等幅信号(如调幅信号)时, 应该工作在欠压状态； 若用来进行基极调幅, 应该工作在欠压状态； 若用来进行集电极调幅, 应该工作在过压状态。折线化的动态线在性能分析中起了非常重要的作用。 4 丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式, 输出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。为了实现和前后级电路的阻抗匹配, 可以采用LC分立元件、微带线或传输线变压器几种不同形式的匹配网络, 分别适用于不同频段和不同工作状态。 5 谐振功放属于窄带功放谐振功放属于窄带功放。 宽带高频功放采用非调谐方式, 工作在甲类状态, 采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配, 并可利用功率合成技术增大输出功率。 6 目前出现的一些集成高频功放器件如M57704系列和MHW系列等, 属窄带谐振功放, 输出功率不很大, 效率也不太高, 但功率增益较大, 需外接元件不多, 使用方便, 可广泛用于一些移动通信系统和便携式仪器中。